Bauelemente
Wie im vorigen Abschnitt Schwingende Kreisbahnen dargestellt, besteht diese Maschine aus wenig und relativ einfachen Elementen. Bild EVES 01 zeigt diese schematisch im Querschnitt noch einmal:

Im Gehäuse (GE, hier noch nicht dargestellt) ist drehbar gelagert eine Systemwelle (SW), konzentrisch zur Systemachse (SA). Auf dieser Systemwelle ist exzentrisch eine runde Scheibe montiert, welche als Rotorträger (RT) benannt ist. Die Systemwelle und der Rotorträger zusammen stellen praktisch eine Kurbelwelle dar. Der Mittelpunkt der Rotorträgerscheibe wird Rotorachse (RA) genannt. Der Abstand zwischen dieser und der Systemachse wird Systemexzentrität genannt.

Um den Rotorträger drehbar gelagert ist ein exzentrischer Ring, welcher Exzenterring (ER) benannt ist. Dieser Ring wird durch zwei Kreise gebildet. Der innere Kreis hat natürlich seine Mitte ebenfalls in der Rotorachse (RA). Der Mittelpunkt des äußeren Kreises ist von der Rotorachse um die Systemexzentrität versetzt. In der hier dargestellten Situation befindet sich dieser Mittelpunkt am gleichen Ort wie die Systemachse.

Um den Exzenterring drehbar gelagert ist ein sichelförmiger Körper, welcher Exzentersichel (ES) benannt ist. Dieser Körper wird durch zwei Kreisbogen begrenzt. Der innere Kreisbogen hat natürlich den gleichen Radius wie der Umfang des Exzenterrings. Der Radius des äußeren Kreisbogens ist um die Systemexzentrität größer, sein Mittelpunkt befindet sich auf der Exzenterachse (EA). Diese ist damit zugleich der Mittelpunkt von Exzenterring und Exzentersichel zusammen.

Diese Bauelemente, Exzenterring und -sichel, sind drehbar gelagert innerhalb der Aussparung einer Scheibe, welche hier Zylinder (ZY) genannt wird (weil mehrere solcher Scheiben auf der Systemachse nebeneinander die Form eines runden Zylinders ergeben). Der Mittelpunkt dieser Aussparung ist natürlich wieder die Exzenterachse, d.h. diese Aussparung ist exzentrisch zum Mittelpunkt des Zylinderumfangs und damit der Systemachse angelegt. Der Zylinder ist drehbar um die Systemachse im Gehäuse gelagert.

Das Drehen dieser Teile in- bzw. um-einander kann mittels Gleitlagern erfolgen. Es könnten beispielsweise auch Walzenlager zwischen Rotorträger und Exzenterring oder beidseits an der Exzentersichel eingesetzt werden.

Bewegungsablauf
Die Systemwelle stellt den Antrieb dar, sodaß sich der Rotorträger um die Systemachse dreht (hier gegen den Uhrzeigersinn). Zunächst soll der Zylinder als feststehend betrachtet werden. Es ist innerhalb des Zylinders nicht genügend Raum gegeben, um ein paralleles Drehen sowohl des Exzenterrings wie der Exzentersichel zu ermöglichen. In EVES 01 beispielsweise würde der Rotorträger den Exzenterring nach unten-rechts drücken, sodaß die Exzentersichel entprechend sich nach oben und links bewegen wird. In EVES 02 ist eine ganze Systemumdrehung in vier Phasen dargestellt:

Oben (A) stellt die Ausgangsituation dar mit einem nach links weisenden Rotorträger und dem nach rechts weisenden Exzenterring wie ebenso die Exzentersichel (hier nurmehr per R und S markiert). Darunter (B) zeigt der Rotorträger nach unten, wobei der Exzenterring nur geringfügig nach unten-rechts verschoben wurde (die Mitte der Bewegung dieses Masse ist als blauer Punkt markiert). Die Exzentersichel ist nun oben positioniert. Nach weiterer Drehung (C) steht der Rotorträger rechts und der Exzenterring ebenfalls, während die Exzentersichel sich links gegenüber befindet. Wenn dann der Rotorträger nach oben (D) zeigt, befindet sich der Exzenterring ebenfalls in seiner obersten Position, die Exzentersichel dagegen unten. Die weitere Drehung führt zurück zur obigen Situation (A).

Damit ergibt sich, daß während einer Systemumdrehung die Exzentersichel sich ebenfalls ein mal um die Exzenterachse dreht während alle Massepunkte des Exzenterrings auf der kleinen Kreisbahn (Radius entsprechend der Systemexzentrität) schwingen.

Hinaus drücken
Bei früheren Überlegungen zur Schwenkhebelmaschine bzw. bei der obiger Analyse der vor- und rückdrehenden Spiralbahn wurde erkannt, daß zur Beschleunigung des Hinaus-Schleuderns Zugkraft aufgewandt werden muß. Hier wird dieses Prinzip umgekehrt und dafür Druck angewandt. Die Phase des Hinaus-Schleuderns beginnt hier mit der Situation (C), in welcher die Masse der Sichel sich innen, nah bei der Systemachse befindet.

Der Rotorträger (RT) drückt den außen befindlichen Exzenterring nach oben. Dieser Druck wird weiter gegeben an die Exzentersichel - an ihrem im Drehsinn hinteren Ende (während ihr im Drehsinn ´vorderes Ende´ quasi im ´Sogbereich´ des Exzenterrings sich befindet). Der hintere Teil der Exzentersichel gibt diesen Druck an den Zylinder weiter. Damit wirkt der Druck des Rotorträgers mittelbar beschleunigend auf den Zylinder. Wir können also im weiteren davon ausgehen, daß der Zylinder mitdrehend ist.

Zwischen Exzenterring und Zylinder wird der hier flache Keil der Exzentersichel nach vorn ´gequetscht´. Dieses Hinaus-Schieben findet auch noch in der Situation D statt. Die Kraftwirkungen erfolgen in relativ spitzen Winkeln. Entscheidend aber ist, daß der gesamte durch den Rotorträger aufgebrachte Druck keinerlei Wirkung negativ zur Systemdrehung ergibt, sondern zur Beschleunigung der Exzentersichel wie des Zylinders führt.

Hinaus fallen
Es kann also zurecht unterstellt werden, daß der Zylinder auch dreht, wenngleich wesentlich langsamer als die Systemwelle. Die Kreisbahn der Massepunkte auf der Exzentersichel wird dann zu spiraligen Bahnen. In der Auswärts-Phase wird diese Bahn immer ´gerader´. Ab D kann damit die Hauptmasse der Exzentersichel relativ frei hinaus fallen. Andrerseits wirkt hier der Druck zwischen Exzenterring und Zylinder aufgrund der Sichelform geradezu als Hebel zur Beschleunigung der äußeren Masse.

Einwärts schleudern
In A erreichen die Massepunkte der Exzentersichel ihre größte Geschwindigkeit über Grund. Hier kommen andere Vorteile der Sichelform zum Tragen, wie sie beispielsweise schon bei der Dreifach-Kurbel-Maschine angesprochen wurden.

Bereits ab D erreichen die vordersten Massepunkte der Sichel ihre äußerste Bahnposition und höchste Geschwindigkeit. Nachfolgend müssen sie wieder nach innen gedrückt werden. Dieses bewirkt die mittige Hauptmasse der Sichel, welche von D nach A hinaus fallen kann. Bei A ist deren Trägheitsrichtung tangential zur Systemdrehung, hat also keinen weiteren Freiheitsgrad. Die hinteren Masseteile der Sichel dagegen können sich weiterhin in Richtung ihrer Trägheit bewegen (während umgekehrt die Trägheit der vorderen Masseteile bereits stark einwärts gerichtet ist). Die sichelförmige Anordnung der Massepunkte dient somit einem problemlosen Übergang von der Auswärts- zur Einwärtsbewegung.

Vorwärts drücken
Von A über B bis C muß der Rotorträger wie der Exzenterring keinerlei Druck mehr ausüben auf die Exzentersichel. Durch Verzögerung ihrer Geschwindigkeit über Grund gibt die Exzentersichel nun ihre hohe kinetische Energie ab, einerseits durch Zug am Exzenterring, im wesentlichen aber in Form von Druck auf den Zylinder (über diesen wieder zurück auf den Exzenterring, von diesem auf den Rotorträger, also im Sinne einer Beschleunigung des Gesamtsystems).

Auch hier wieder spielt die Sichelform eine wesentliche Rolle: die vordersten Massepunkte bewegen sich hier stets am weitesten innen und am langsamsten. Sie stellen damit relativ ruhende Masse im Raum dar, um die herum die Hauptmasse wie die weiter außen befindlichen Massepunkte herum geschleudert werden.

Reduzierte Antriebskraft
Die Kraftkomponenten dieses Herein-Bremsens insgesamt bewirken damit eine Drehung aller äußeren Massen. In Summe könnte man diese auf der Exzenterachse vereinigt denken, d.h. die Exzenterachse wird damit um die Systemachse gedrückt. Die gleiche Bahn beschreibt die Rotorachse als Mittelpunkt des Rotorträgers. Das Mit-drehen des Zylinders (wie damit die zu Spiralbogen gedehnten Dreh- und Schwingbewegungen aller äußeren Massen) entlasten somit die erforderliche Antriebskraft des Rotorträgers bzw. an der Systemwelle.

Kreisel-Effekt
Zum Antrieb müssen also keinesfalls hohe Kräfte aufgebracht werden. Lediglich in der Phase von C nach D muß der Rotor Druck ausüben, um das Hinaus-Fallen auszulösen. Aber bereits dieser Druck wirkt niemals gegen den Drehsinn des Systems, weil die Sichelform die Kraftwirkung praktisch um 180 Grad verlagert. Der Antrieb muß nur schnell genug drehen, wesentlich schneller als der Zylinder.

Es wird praktisch ein Effekt erzielt, wie von Spielzeug-Kreiseln her bekannt: man hat nur eine sehr engräumige Kreisbewegung auszuführen (das Schwingen aller Massepunkte des Exzenterrings), um damit ein sehr viel energiereicheres Drehen viel größerer Masse an entscheidend größerem Radius erzeugen zu können. Wenn man das Schwingen ´resonant´ beschleunigt, kann mit wenig Energieaufwand ein schnelles Drehen großer Masse, also vielfach höhere kinetische Energie aufgebaut werden. Die Trägheitskräfte nach außen können sich dabei weitgehend neutralisieren.

Wenn nun aber das auslösende Schwingen nicht mehr auf einer Kreisbahn erfolgt, sondern auf elliptischer Bahn oder auf einer ´Taumelbahn´, ergeben sich nach außen (hier auf den Zylinder) enorme Trägheitskräfte. Ein solcher Bahnverlauf auf aus- und eindrehenden Spiralbogen ergibt sich automatisch, wenn das Schwingen (der Masse des Exzenterrings) um einen sich im Kreis bewegenden Mittelpunkt (das Kreisen der Exzenterachse um die Systemachse) erfolgt. Diese gezielte Schlinger-Bewegung (oben als resonant bezeichnet) ist immer erforderlich, um die Masse-Beschleunigung zu erreichen.

Over-Unit-Effekt
Auf diesen Spiralbahnen sind die aus beiden Bewegungen resultierenden Trägheitsrichtungen nicht mehr symmetrisch. Wenn zugleich exzentrische Masse eingesetzt wird (in Form der Exzentersichel) wird die Asymmetrie der Kraftwirkungen entscheidend gesteigert. Die Summe der Trägheitskräfte ist damit nach außen nicht mehr neutral. Wie oben beschrieben wirken sie hier in Summe als Drehmoment auf den Zylinder.

Die Trägheitskräfte der wirksamen Masse (Exzentersichel) sind abhängig von der gefahrenen Drehzahl. Antriebskraft dagegen ist nur erforderlich zur Auslösung der Auswärtsbewegung dieser Massen, und natürlich zur Überwindung der normalen Reibung in den Lagern. Ab einer kritischen Drehzahl werden die Trägheitskräfte in höherem Maße zur Beschleunigung des Zylinders führen, als für die Aufrechterhaltung aller Drehbewegungen durch den Antrieb erforderlich ist.

Permanent muß also eine Antriebskraft an der Systemwelle gegeben sein, anfangs zur Beschleunigung des gesamten Systems, später zur Aufrechterhaltung der Systemdrehzahl. Der Überschuß an Trägheitskräften kann dann als relative Verzögerung des Zylinders abgenommen werden. Als Antrieb reicht also ein Motor relativ geringer Leistung auf, allerdings sollte er hohe Drehzahl fahren können. Als Abtrieb kann beispielsweise ein Generator zur Erzeugung elektrischen Stroms eingesetzt werden, dessen Leistung nur abhängig ist von der Drehzahl des Systems.

Bauformen
In EVES 03 ist oben nochmals der Querschnitt durch eine solche Maschine dargestellt, darunter schematisch ein Längsschnitt. Der Querschnitt zeigt die oben diskutierten Bauelemente, hier ist nun auch das Gehäuse (GE) dargestellt. Der Längsschnitt zeigt zwei Module, oben in einer Position entspechend zum obigen Querschnitt (der Rotorträger (RT) weist nach links), darunter ist die Exzenterachse um 180 Grad versetzt. Diese beiden Module ergäben also eine besser ausgewuchtete Maschine, mit spätestens acht Modulen wird die Maschine automatisch nahezu vollkommen ruhig laufen.

Die Zylinder beider Module sind zusammen gefaßt, bei mehr Modulen ergibt sich damit tatsächlich ein (langgestreckter) Zylinder. Da die Systemwelle einen relativ großen Durchmesser hat, können durchaus mehrere Module zusammen gefaßt werden ohne jeweilige Lagerung dieser Kurbelwelle im Gehäuse. Hier ist die Antriebswelle (AN) beispielsweise oben im Gehäuse gelagert, unten in der Hohlwelle des Abtriebs (AB). Die Lagerung der Wellen wie des Zylinders ist hier nur schematisch angezeigt, sie muß realisiert werden nach Maßgabe entsprechender technischer Erfahrung. Wie oben angedeutet könnten auch teilweise Kugellager eingesetzt werden.

Die eigentlich wirksame Masse bei dieser Konzeption hier ist nur die der Exzentersichel (ES), welche darum als schweres Bauteil anzulegen ist. Der Exzenterring (ER) erfüllt hier primär nur Steuerungsfunktion, könnte insofer leicht gebaut sein (wenngleich die Schmalseite hier durchaus breiter angelegt sein kann). Der Rotorträger hat ebenfalls nur Steuerungsfunktion. Seine Masse befindet sich jedoch stets gegenüber zur Exzentersichel, kann insofern als Ausgleichsmasse dienen. Der Zylinder dient der Aufnahme der Trägheitskräfte, sollte trotz exzentrischer Form aber in sich ausgewuchtet sein. Der Zylinder erfüllt auch die Funktion eines Schwungrades, um die unterschiedlich anfallenden Drehmomente eines oder bevorzugt mehrerer Module auszugleichen.

Im Prinzip gibt es also nur diese sechs Bauelemente, alle von einfacher Geometrie und damit relativ problemlos zu fertigen. Nach diesem Prinzip können diverse Bauformen realisiert werden, z.B. mit im Antrieb integriertem Motor oder am Zylinder intergriertem Generator. In jedem Fall wird sich auf engem Raum eine wirkungsvolle Maschine ergeben, wobei Bauvolumen und Masse durch höhere Drehzahl kompensiert werden kann.

Ergebnis
Im Vergleich zur obigen Exzenterring-Maschine ist hier das Problem des Überholens nicht gegeben. Diese Maschine läuft aufgrund ihres in sich runden Getriebes problemlos. Im Vergleich zur obigen Schwenkhebel-Maschine bzw. der Konzeption vor- und rückdrehenden Spiralbahnen ist hier das Problem des Abrollens der wirksamen Masse wie der eines Untersetzungsgetriebes nicht gegeben. Im Vergleich zu beiden Konzetionen ist hier auf raffinierte Weise der Hebelarm mit der wirksamen Masse reduziert auf diese simple Sichelform. Der Hebelarm voriger Rotorträger dagegen ist hier reduziert auf die enge Schwingbewegung des Exzenterrings, wobei dieser dennoch an großem Radius wirkt.

Diese Bauform basiert auf allen vorstehenden Analysen und Überlegung, ist aber letztlich abgeleitet aus dem Kornkreisbild (wenngleich noch immer nicht das komplette). In ihr ist der klare Effekt des Hinaus-Schleuderns integriert wie der des Herein-Holens von Masse durch Druck von außen (hier durch den ´Keil´ des Zylinders). Daneben kommen hier nun Kreisel-Effekte zum Tragen, wobei durch ´resonantes´ Einbringen geringer Antriebskräfte ein System zu ungeheurer kinetischer Energie ´aufgeschaukelt´ werden kann. Solche Systeme können in chaotische Bewegung übergehen bis zur Selbstzerstörung. Wenn die Kräfte aber gezielt und gesteuert abgegriffen werden, kann dieser Überschuß an Energie fortwährend genutzt werden.

Ich hoffe nun sehr, daß dieser Ansatz interessant genug ist für Kenner der Kreisel-Problematik, die Konzeption dieser Exzenter-Schwung-Maschine ernsthaft zu prüfen. Es gibt eine Vielzahl von Spezialisten, die damit beschäftigt sind Unwucht aus einem System zu eliminieren (z.B. bei Verbrennungsmotoren). Es wäre mindestens genau so interessant, diese gezielte Unwucht hier in effektiver Weise zu nutzen. Diese Konzeption kann aber auch von jedem mit entsprechender technischer Ausrüstung realisiert werden, um schlicht per Tests die hier aufgestellten Behauptungen zu bestätigen. Vorsicht: diese Maschine ist ab einer kritischen Drehzahl selbstbeschleunigend, also muß auch bei einfachen Modellen die Aufnahme von Last vorgesehen sein.

Es darf nach gängiger Lehre nicht sein. Aber diese Realität wird anderes lehren.

Evert / 17.03.2000